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在房屋的建设质量上,钢筋混凝土结构的裂缝问题,由于涉及到居住安全,消费者尤为敏感。一旦房屋结构出现裂缝,消费者往往会向政府有关部门和开发企业投诉。那些较严重的裂缝,会影响结构的安全度和使用寿命,给住户造成不安全感,给当地政府带来不良影响,给建筑商带来严重信誉损失和重大经济损失。因此,研究钢筋混凝土结构裂缝问题,不仅有一定的社会意义,还有重大的经济意义。
对于钢筋混凝土裂缝问题,我们要高度重视,要通过设计、施工等各个环节采取各种技术措施来予以控制。首先,要杜绝因设计、地基处理不当等出现危害结构安全的结构性裂缝。这种裂缝关系到生命财产的安全,在工程上一定要避免。其次,要控制裂缝,通过各种努力使裂缝分散、细化,达到无害程度。再次,要正确及时处理好出现的正常裂缝。一般出现的正常裂缝,只要通过适当的正确处理,保证建筑物的正常使用,又不影响其使用功能,就不会变成有害裂缝。
1 合理的设计方式
施工过程中的钢筋混凝土结构,是由柱、数层楼板和连接多层楼板的模板支撑系统组成的临时性的受力体系(见图1),此受力体系可能随着施工工序的进行而改变。在整个施工过程中,结构的形状、材料的性质以及所承受的施工荷载,均随时间变化。荷载效应随着施工进程不断累积,可能使施工过程中楼板承担的荷载远超过结构设计允许的楼板承载能力。这些特点使得施工期钢筋混凝土结构的特征与使用期的结构迥然不同,有时会产生整个结构生命周期中最危险的状况。钢筋混凝土结构施工过程中楼板出现的裂缝、挠度过大乃至破坏倒塌往往与此有关。
同时,混凝土是一种脆性材料,抗拉强度是抗压强度的1/10左右,短期加荷时的极限拉伸变形只有(0.6~1.0)×10 ,长期加荷时的极限拉伸变形也只有(1.2~2.0)×10 。由于原材料不均匀,水灰比不稳定,及运输和浇筑过程中的离析现象,在同一块混凝土中其抗拉强度又是不均匀的,存在着许多抗拉能力很低,易于出现裂缝的薄弱部位。
因此,考虑到建筑房屋的受力情况,在施工前期的设计过程中应当积极选择中低强度的混凝土材料,其强度等级控制在C20~C35范围为最佳,切勿使用高强混凝土。在进行抗裂计算时需充分考虑抗裂薄弱部位,这样就从设计源头对混凝土薄弱部位控制裂缝形成。对于跨度大、体积大的梁,纵向构造钢筋的设置应有所增强,合理地改变梁纵向截面的配筋率,这样可以较为准确地估算施工荷载、温度变化、应力大小等,对于构件抗裂性的提高很有帮助。
2 各类建筑原材料的选择
施工过程中,在建筑材料的选择方面,必须要把好质量关,不仅要选择质量好的材料,更主要的是确保材料满足建筑需要。通过优化混凝土配合比来达到减少混凝土裂缝的目的。
2.1 水泥的选择
水化热是水泥材料中的常见问题,导致水化热的原因是水泥水化,而水化热又是造成混凝土温度裂缝的重要因素。因而,施工过程中运用到的水泥应当采用大厂水泥,确保证水泥的质量完整,对于低热水泥需要积极使用。在材料采购过程中,施工单位应拍专业人员检查水泥生产厂家的出厂质量证明书,确定水泥的凝结时间、安定性和强度符合施工要求。
2.2 骨料的选择
对骨料(砂、石)总的要求应是高质量、高强度、物理化学性能稳定、不含有机杂质及盐类的粗细骨料。粗骨料最好采用自然连续级配和碎石,其最大粒径因小于结构截面最小尺寸的1/4,且小于钢筋间距最小净距的3/4。细骨料最好采用中粗砂。根据县官的建筑材料试验得出:每立方混凝土可降低水泥用量2025kg,减少10kg水泥,温度降低1℃。
2.3 合理的配合比设计
混凝土的配合比设计直接关系着混凝土的质量,如果配合比设计出现问题,最终配制的混凝土将无法使用到施工过程中去。配合比的设计应当首先要满足强度等级、混凝土性能等最基本要求。在到达泵送混凝土流动性标注后,采用少量水泥、以及水灰比小的配合比,以减少水泥水化热。
2.4 外加剂的选择
选用适宜的外加剂是减少混凝土开裂的措施之一,在所有的外加剂中,粉煤灰对于混凝土的防裂效果是最好的。粉煤灰的使用对于混凝土的干缩性和脆性能够有效改善,还能降低混凝土的水化热。而木质素磺酸钙属阴离子活性剂,它对水泥颗粒会产生分散效应,并降低水的表面张力,出现加气作用。在施工过程中,对混凝土加入水泥重量0.25%的木钙减水剂(即木质素磺酸钙),就可明显改善混凝土和易性,减少10%左右的拌合水,节约l0%左右的水泥,从整体上降低水化热。
3 施工措施
科学合理的施工技术对于整个房屋建筑而言有着重要的意义,不但大大降低了建筑的施工成本,还能优化资源配制,在合理分配人力、物力、财力的基础上,发挥出最佳的建筑效果。而最关键的一点是对于裂缝的产生有着控制作用,提升施工技术可以有效降低混凝土内外的温差,避免房屋形成裂缝,提高混凝土的质量。
3.1 完善施工管理措施
施工管理主要是针对施工过程进行的,其目的在于保证整个建筑施工能够按照一定的规范有序进行,避免出现施工事故。施工人员在施工过程中需要不断提升自己的施工技术,护筋工应当根据实际情况调整改板筋的位移、松绑、踩筋,避免出现踩筋现象。
3.2 混凝土浇筑方法
混凝土的浇筑按混凝土自然流淌坡度、水平分层、斜向分段、连续逐层推移、一次到顶的方法进行。浇筑过程中绝对不能对已搅拌好的混凝土加水,若混凝土不合格必须退回搅拌站。混凝土的分层厚度也要准确把握,新一层的混凝土必须在被上层混凝土覆盖前提下才能浇筑,这样能将上下层浇筑间隔控制在混凝土初凝时间范围内,防止因时间间隔过长造成施工裂缝。实施混凝土浇筑还要注意气象温度变化带来的影响,最好不要在天气剧烈变化的时候进行混凝土浇筑。
3.3 混凝土振捣方式
在混凝土振捣时应当将进行三道振捣,三道设置位置为:第一道为混凝土的坡角,第二道为混凝土的坡中间,第三道为混凝土的坡顶。只有三道设置的位置符合要求,并进行合理地配合才可保证振捣覆盖整个坡面,达到最终的效果。在采用振捣棒振捣时必须要把握好振捣棒的插入深度以及振捣时间,将振捣棒插入下层混凝土的深度控制在50mm以上,振捣棒移动的间距控制在400mm左右,振捣棒要快插慢拔。当混凝土振捣密实后,要用刮杠刮平混凝土表面,再撒上5mm-25mm碎石,终凝前用木抹搓平,次数最好在两遍以上。
3.4 约束条件改善措施
为了使模板的周转率得到提高,在混凝土的施工中通常要求新浇筑的混凝土尽可能较早的拆模。如果混凝土温度大于气温,就要准确地把握好拆模时间,避免造成混凝土表面出现早期裂缝。进行混凝土浇筑时,水化热的散发会在表面引起相当大的拉应力,就会提升混凝土表面的温度;如果将模板拆除,就会大大降低表面的温度,让混凝土的表面附加拉应力,当水化热应力相互叠加后就会出现裂缝,这对于混凝土的使用性能的影响是很大的。可在混凝土表面覆盖泡沫海绵等保温材料,能够避免混凝土出现过大的拉应力。
3.5 温度控制方法
为了降低混凝土温度的产生,控制混凝土温度的方法比较多,目前工程建设中通常采用改善骨料级配来避免产生混凝土温度,在采取措施的过程中,也要随时准备好温度散发工作,创造更多的散热途径控制混凝土温度。例如:减少浇筑厚度,借助浇筑层面散热,埋设水管,通人冷水降温等等。
3.6 敷设线管措施
预埋线管铺设应有可靠合理的固定措施,尽量使其从板件中部穿过,防止立体交叉穿越,采用线盒安装于交叉布线处。对于多根线管的集散处应使用放射形分布,最好不要采用紧密平行排列,这样对于线管底部的混凝土浇筑起到帮助作用。
3.7其他方面控制措施
前 言
钢筋混凝土结构是目前应用较广的结构形式之一。随着建筑物的老化和环境污染的加重,钢筋混凝土结构耐久性问题越来越引起国内外广大研究者的关注。在第二届国际混凝土耐久性会议上,Mehta教授指出:“当今世界混凝土破坏原因,按递减顺序是:钢筋腐蚀、冻害、物理化学作用”。他明确地将“钢筋腐蚀”排在影响混凝土耐久性因素的首位。
一、钢筋的腐蚀过程
钢筋的腐蚀机理钢筋的腐蚀过程是一个电化学反应过程。混凝土孔隙中的水分通常以饱和的氢氧化钙溶液形式存在,其中还含有一些氢氧化钠和氢氧化钾,pH值约为12.5。在这样强碱性的环境中,钢筋表面形成钝化膜,它是厚度为20~60的水化氧化物(nFe2O3?mH2O),阻止钢筋进一步腐蚀。因此施工质量良好、没有裂缝的钢筋混凝土结构,即使处在海洋环境中,钢筋基本上也不会发生腐蚀。但是由于各种因素,钢筋表面的钝化膜受到破坏,成为活化态时,钢筋就容易腐蚀。呈活化态的钢筋表面所进行的腐蚀反应的电化学机理是,当钢筋表面有水分存在时,就发生铁电离的阳极反应和溶解态氧还原的阴极反应,相互以等速度进行。其反应式如下阳极反应Fe–2e Fe2+阴极反应O2+2H2O+4e 4OH-腐蚀过程的全反应是阳极反应和阴极反应的组合,在钢筋表面析出氢氧化亚铁,该化合物被溶解氧化后生成氢氧化铁Fe(OH)3,并进一步生成nFe2O3?mH2O(红锈),一部分氧化不完全的变成Fe3O4(黑锈),在钢筋表面形成锈层。红锈体积可大到原来体积的四倍,黑锈体积可大到原来的二倍。铁锈体积膨胀,对周围混凝土产生压力,将使混凝土沿钢筋方向开裂,进而使保护层成片脱落,而裂缝及保护层的剥落又进一步导致更剧烈的腐蚀。
二、结构性能研究
对受腐蚀钢筋混凝土结构的研究方法主要是试验分析和有限元分析。试验分析中,腐蚀试件的模拟一是通过试验室试验,包括快速腐蚀试验(电化学腐蚀、加氯盐腐蚀等)和盐雾试验,二是长期自然暴露试验,三是替换构件法。有限元分析中,大多采用钢筋混凝土非线性有限元方法对受腐蚀钢筋混凝土构件进行非线性模拟。
钢筋腐蚀通常会改变正常配筋混凝土梁的破坏类型,框架梁一般为弯曲破坏,而受腐蚀梁很多情况下为剪切破坏。不论破坏形态是超筋梁的破坏还是少筋梁的破坏,结构的破坏形态都是从有预兆的塑性破坏变为无预兆的脆性破坏。随着纵筋腐蚀量的增加,钢筋混凝土梁的强度和刚度都在下降。
钢筋混凝土构件实际上都是处于工作状态,而构件在应力状态下的腐蚀与没有加载时有很大不同,其各方面的性能亦有很大改变。荷载对受腐蚀钢筋混凝土构件的影响是多方面的,加载历史和加载级别对腐蚀的发生和发展有明显影响,并影响混凝土中钢筋的腐蚀量,而腐蚀量反过来通过强度或刚度损失影响钢筋混凝土构件的适用性。
由于腐蚀使钢筋的截面尺寸、表面状况以及钢筋和混凝土之间的粘结等均发生了变化,腐蚀对钢筋混凝土结构动力性能的不利影响将更为严重。已有的试验表明,随着钢筋腐蚀量增加,钢筋混凝土构件的滞回曲线丰满程度和滞回环面积逐渐减小,表明构件耗能能力和延性降低。同时由于钢筋腐蚀程度的不均匀性,滞回曲线具有明显的不对称性.从骨架曲线看,腐蚀严重的构件承载力和刚度均降低较多,且达到极限荷载后平直段变短,延性降低。因此钢筋腐蚀对钢筋混凝土构件反复水平荷载作用下的恢复力性能有较大影响,在抗震设计中应予以考虑,以保证结构在地震作用下的安全。
三、钢筋混凝土锈蚀破坏及防护措施
1.钢筋混凝土锈蚀破坏
钢筋锈蚀是引起混凝土结构耐久性下降的最主要和最直接因素,目前对影响钢筋锈蚀的因素、锈蚀钢筋材料性能的变化、钢筋锈蚀的防护和检测等各方面均有较多的研究。
混凝土中钢筋的锈蚀破坏过程可分为三个阶段:阶段Ⅰ,从结构建成到钢筋表面钝化膜破坏;阶段Ⅱ,钢筋开始锈蚀,直到混凝土保护层出现顺筋开裂;阶段Ⅲ,钢筋加速锈蚀直到构件丧失承载能力。锈蚀的形式一般为斑状锈蚀,即锈蚀分布在较广的表面面积上。
2.防止钢筋锈蚀的主要措施
防止钢筋锈蚀的根本途径是减缓二氧化碳、氧、水等腐蚀因子通过混凝土保护层向钢筋表面渗透扩散的速度,以及防止氯离子在钢筋表面的积聚。
办法有两类:
第一类是采用防护材料或外部措施,如采用喷塑钢筋、钢筋表面涂锌、混凝土中掺加缓蚀剂、混凝土表面涂刷防护层、采用聚合物浸渍混凝土表层以及设置阴极保护设施等;
第二类是利用和加强混凝土保护层自身的保护功能,其措施主要有:确保保护层厚度,提高混凝土的密实性,控制混凝土拌和物中的氯盐含量。
总的来说,钢筋混凝土的锈蚀破坏是一个重要问题。探讨钢筋混凝土的耐久性的机理和失效概率,找出有效的防护措施,提高结构使用寿命,改进其维修办法等已成为当前钢筋混凝土学科中的一个重大研究课题。
四、提高混凝土的耐久性
1.掺入高性能减水剂 在保证混凝土强度等级、拌和物和易性的同时,尽可能减少用水量,降低水灰比,使混凝土的总孔隙,特别是毛细管孔隙率大幅度降低。
水泥在加水搅拌后,会产生一种絮凝状结构。在这些絮凝装结构中,包裹着许多拌和水,从而降低了新拌混凝土的黏聚性。施工中为了确保混凝土拌和物的和易性,就必须在拌和时相应地增加用水量,促使水泥石结构中形成过多的孔隙。当加入减水剂后,减水剂的定向排列,使水泥质点表面均带有相同电荷。在电性斥力的作用下,不但使水泥体系处于相对稳定的悬浮状态,还在水泥颗粒表面形成一层溶剂化水膜,同时使水泥絮凝状的絮凝体内的游离水释放出来,因而达到减少用水量的目的。研究表明,当掺入高效减水剂时,完全可以将水灰比降低到0.38以下从而消除毛细管孔隙。
2.掺入活性矿物掺料 混凝土的水泥石中水化物稳定性的不足,是影响混凝土耐久性的另一因素。在混凝土中掺入活性矿物的目的,在于改善混凝土中水泥石的胶凝物质的组成。活性矿物掺料(火山灰、矿渣、粉煤灰等)中含有大量活性SiO2及活性Al2O3,它们能和水泥水化过程中产生的游离石灰及高碱性水化硅酸钙产生二次反应,生成强度更高,稳定性更优的低碱性水化硅酸钙,从而改善水化胶凝物质的组成,消除游离石灰的目的。
3.消除混凝土自身的结构破坏因素 除了环境因素引起的混凝土结构破坏以外,混凝土本身的因素,也会引起混凝土结构的严重破坏,致使混凝土失效。例如,混凝土的化学收缩和干缩过大引起的开裂,水化热过高引起的温度裂缝,硫酸铝的延迟生成,以及混凝土的碱集料反应等。因此在确保混凝土强度等级的条件下提高混凝土的耐久性,就必须减小或消除这些结构破坏因素,降低或消除从原材料引入的碱、SO3、Cl 等可能引起破坏和钢筋腐蚀物质的含量,加强施工控制环节,避免收缩及温度裂缝产生,提高混凝土的耐久性。
五、结语
虽然目前国内外已经在受腐蚀钢筋混凝土结构的性能方面开展了一些研究,做了不同腐蚀情况下钢筋混凝土受弯构件、大小偏心受压构件、钢筋与混凝土粘接试件的试验等,并进行过一些有限元分析,得出了构件承载力和变形性能随钢筋腐蚀量的增加而不同程度降低的结论。但是对受腐蚀钢筋混凝土结构抗剪性能、动力性能的研究仍然极少,特别是对受腐蚀钢筋混凝土结构疲劳性能的研究几乎还是空白,我们应加强这方面的研究。
Abstract: along with the vigorous development of the construction industry, the application of reinforced concrete structure in building engineering more and more widely, the consumption of steel increased significantly, to strengthen the quality control of each link of the steel construction, strictly according to the design specification requirements for operation, ensure the construction quality of reinforced concrete engineering.
Keywords: quality control measures of reinforcement in reinforced concrete quality engineering
中图分类号: TU528.571 文献标识码: A 文章编号:
前言:
在钢筋混凝土工程中影响工程质量的因素有很多,其中,钢筋质量的优劣是影响工程质量的关键因素之一。为了确保钢筋混凝土工程中所使用的钢筋质量处于受控状态,以保证钢筋混凝土的工程质量,一般应从钢筋的采购、入库、取样、试验、判定、 绑扎、焊接、 等环节进行全程监控。 严把钢材质量关、 加强对钢筋工程的质量控制,达到消除质量隐患、保证工程质量。
一、控制进场钢筋质量,从源头做好质量工作
工程开工前,根据施工部门工程量提报的钢筋需用计划进行钢筋采购。钢筋采购无论是大批量合同形式采购,还是采购单形式的零星采购,采购的每批钢筋均应有出厂质量证明书,每捆(盘)应保持原标识。出场证明书应有供应商盖章并注明供应数量、日期才有效。
工程中常见的问题是供货商提供的质保资料与炉批号不相符及抽取试件的方法不符合规范要求等。控制的内容包括对厂家出具的质量证明书或合格证的核查,钢筋的外观及直径检查,钢筋的力学性能和工艺性能试验等。
1、检验要求:当一批钢筋到货后,供货商须提供经国家技术监督部门认证合格或认可的检验单位出具检验报告才有效。具体检验时,钢筋应按批进行,每批重量不应大于规定数额,且应由同一牌号、同一炉批号、同一规格、同一交货状态的钢筋组成。每批钢筋取样检验均应包括拉伸和冷弯两个项目,其取样方法、数量、长度及试验方法等均应符合有关规范要求。
2、对钢筋力学性能及工艺性能的判定
对钢筋质量进行判定标准是:一批钢筋的两个拉伸试件的三个指标(屈服点、抗拉强度、伸长率)均符合要求且两个冷弯试件亦合格,则该批钢筋质量合格。若在拉伸和冷弯两个检验项目中,有一个试验项目不符合要求,应另取双倍数量的试件对不合格的项目作第二次试验,如仍有一个试件不合格,则该批钢筋质量不合格。
二、钢筋接头的质量控制
钢筋工程中常见的问题有接头方式不当,电弧焊接头焊缝长度及厚度不足、钢筋烧伤,绑扎接头搭接长度不够、绑扎不牢等质量问题。其质量控制首先应选用合适的接头方式,其次应控制好接头质量。
1、钢筋接头方式的确定
钢筋接头分绑扎接头和焊接接头两种方式。确定连接方式的主要原则是:冷轧带肋钢筋和冷拉低碳钢筋的接头不得进行焊接,必须进行绑扎,冷拉钢筋的闪光对焊或电弧焊应在冷拉前进行。轴心受拉或小偏心受拉构件以及承受振动荷载的构件中直径大于25mm的钢筋接头,均应采用焊接接头,不得采用绑扎接头。轴心受压和偏心受压柱中的受压钢筋的接头,当直径大于32mm时,亦应采用焊接接头。框架底层柱、剪力墙加强部位纵向钢筋的接头,应采用焊接接头,不得采用绑扎接头。
2、钢筋接头的质量控制
绑扎接头的质量控制:重点是搭接长度和末端弯钩应符合规范及设计要求;钢筋搭接处,应在中心和两端用铁丝扎牢(3~4扣)。焊接接头的质量控制:除应要求焊工持证上岗、所用焊条(或焊剂)符合国家标准并有合格证外,还应包括接头的外观检查和力学性能试验。闪光对焊接头外观检查要求:钢筋表面没有裂纹和明显的烧伤,接头的弯折角不大于4°,接头处的轴线偏移应符合规定。当接头不符合要求时,应在剔除并切除热影响区后,重新焊接。电弧焊接头外观检查,应在清渣后逐个进行。要求焊缝表面平整,不得有凹陷或焊瘤,接头区域不得有裂纹,咬边深度、气孔、夹渣等缺陷允许值及接头尺寸的允许偏差应符合要求,用小锤敲击接头时,应发出清脆声。电渣压力焊接头外观应逐个进行检查。接头四周铁浆应饱满均匀,没有裂缝,上下钢筋的轴线应尽量一致,其最大偏移应符合规定,钢筋与电极接触处应无烧伤缺陷。
焊接接头力学性能试验,必须现场随机抽样并送有资质的试验单位做接头力学性能试验。避免因施工单位选用专人焊试件而现场施焊者为一般工人,致使焊接接头质量无保证的现象发生。
三、钢筋安装的质量控制
钢筋安装中常见的质量问题有柱子纵向钢筋偏移等,本文主要对柱子纵向钢筋偏移的控制措施进行介绍。
柱子纵向钢筋偏移:钢筋混凝土框架柱基础插筋和楼层柱子纵筋外伸常发生偏位情况,严重者影响结构受力性能。因此,在施工中必须及时进行纠偏处理。
质量控制措施:①按设计图要求将柱墙断面尺寸线标在各层楼面上,然后把柱墙墙从下层伸上来的纵筋用两个箍筋或定位水平筋分别在本层楼面标高及以上500mm处用柱箍点焊固定;②基础部分插筋应为短筋插接,逐层接筋,并应用使其插筋骨架不变形的定位箍筋点焊固定;③按设计要求正确制作箍筋,与柱子纵筋绑扎必须牢固,绑点不得遗漏;④柱墙钢筋骨架侧面与模板间必须用埋于混凝土垫块中铁丝与纵筋绑扎牢固,所有垫块厚度应一致,并为纵向钢筋的保护层厚度;⑤在梁柱交接处应用两个箍筋与柱纵向钢筋点焊固定,同时绑扎上部钢筋。
目前,钢筋混凝土材料已成为受力结构的主要材料,在工程中已经被广泛的应用,钢筋混泥土的抗压抗震能力强以及耐久性较高被广泛的运用到建筑、桥梁等工程建设过程当中,但是钢筋混泥土本身的抗裂性差以及已腐蚀液经常性的造成一定的经济损失和出现建筑安全危害。因此,对钢筋混凝土的检测和加固就显得尤为重要。建筑结构状况的检测是对其结构及部件的材料质量和工作性能方面所存在的缺损状况进行详细检测、试验、判断和评价的过程。而检测技术是对建筑物鉴定所依赖的重要工程技术,它们的开发和应用在相当程度上决定着建筑物可靠性鉴定的水平。
一、增加支承加固法
此种方法主要是通过增加支承结构来进行结构型加固。增加支承加固法主要有以下几个方面的优点:操作较简单,并且这样进行维修效果比较好。但是这样进行修补也容易造成一定的缺陷,比如如果我们使用增加支承加固法,将会影响建筑物的原貌和使用功能,导致我们建筑物的空间面积极大的缩小,并且这样进行加固工作量极大。根据现有结构原理,增加我们的支承结构将会使有关力传到建筑物本身,这种加固的方法不适合部分建筑物进行加固。适合运用到整体建筑物中进行加固。
二、碳纤维加固法
现今,碳纤维材料在建筑领域被广泛应用,其优点主要有以下几个方面:一是其材质较轻;二是强度较高;三是抗腐蚀性较强;四是抗疲劳的能力和温度的稳定性较好。因此,目前在建筑领域运用碳纤维进行加固成为各个建筑物加固的应用热点。同时,根据有关工程的实践和有关研究表明,如果我们运用碳纤维进行加固,将会有效地约束混泥土的变形,从而增强钢筋混泥土抗消耗的能力,使得我们的钢筋混泥土使用时间得到加强,并且起到抗震的作用。如果我们运用碳纤维进行加固用来横向进行钢筋混泥土的包裹,其作用机理将会在两个方面得到体现:一是碳纤维片材横向包裹,其作用类似受剪钢筋,协同钢筋承受剪力。由于碳纤维的抗拉强度远远大于钢筋的抗拉强度,相当于配筋率大大提高,使其抗剪承载力得以显著提高,斜裂缝出现以后构件的变形性能也得以明显改善;二是横向包裹碳纤维,还会对其内部的混凝土起到有效的约束作用,当受压区混凝土达到峰值应力后,具横向膨胀变形急剧增大,碳纤维环向应变显著增大,环向约束力增大,这就使得混凝土应力―应变曲线的下降变得平缓,极限压应变得以提高,因而推迟了受压区混凝土的破坏过程,充分发挥了纵向钢筋的塑性变形性能,显著改善构件的延性。
三、外部粘钢加固法
这种加固方法适合用混泥土构件的表面进行粘贴钢板,这样就极大的提高结构承载力来进行有关结构的加固。这样的方法的效果则主要由粘结的效果来决定。因此,为了使粘结效果达到最佳,往往采用以下的工艺来进行沾钢的加固施工:首先进行表面处理,其次进行配胶,再次进行粘贴,第四进行加固和加压,第五是固化,第六是检验,最后进行防腐处理,要进行外部粘钢加固必须要由专业的队伍进行操作。
四、直接加固法
直接加固法是通过一些加固补强措施,直接提高构件截面承载力和刚度的一种方法,工程中常用以下几种方法:一是加大截面加固法是采用同种材料,即砼和普通钢筋,对原结构进行加固补强,通过加大砼和钢筋截面的面积和一些构造措施,保证后加固部分与原构件可靠连接,共同工作,达到提高截面承载力和刚度的目的。二是外包钢加固法是采用异种材料对原构件进行加固补强,在基本上不改变原构件截面尺寸的情况下,大幅度提高结构承载力的一种加固方法。三是预应力加固是采用异型材料(高强钢筋或型钢),通过施加预应力迫使后加材料与原材料共同受力,达到对结构进行加固的一种方法。四是辅助结构加固法是一种采用异种材料进行体外加固的一种方法,它是直接用其他材料制成简单或复杂的构架分担原构件荷载,形成一个组合结构。通过原构件变形把荷载转嫁给后加结构,达到共同工作提高承载力的目的。
五、外包钢加固法
外包钢加固法就是将我们的角钢用于外包,用四个角或者两个角来进行结构加固。现今,我国目前基本上都是采用的传统加固法,传统加固法具有施工操作比较简单,效果可靠的优点。如果我们进行外包钢加固,我们在使用上一定不能增加原构件的截面尺寸,也不能够大幅度的提高截面承载能力的混凝土进行结构加固。
总之,在建设中,我们应该选择合适的加固方法,同时还应考虑其是否具有良好的施工性、是否经济等方面。随着现代建筑科学技术的不断进步,新型建筑材料不断出现,混凝土结构加固技术会有更大发展,加固方案的选择范围也将具有更为广泛的空间。
参考文献
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中图分类号:U455 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2016)23-0166-02
在建筑施工过程中,有很多建筑由于各种原因停建、缓建,以及结构设计中要求留置的各种后浇带(部分后浇带要结构封顶后才能封闭)而造成长期钢筋外露,这些情况往往导致建筑结构钢筋长期暴露在空气中,若不及时采取防护措施或保护措施不当,钢筋置于室外或露天条件下容易生锈,不但影响外观质量,还会影响后续工序的正常进行,如不及时处理,更会造成材料的报废,导致不必要的经济损失,这就要求施工单位对此要引起高度重视并依据实际情况选择实施必要的防护措施。
1 钢筋锈蚀原因分析及危害
1.1 钢筋锈蚀分类及原因分析
预留或工程停工导致钢筋长期于大气中,若不采取有效的措施或措施不当,钢筋将发生锈蚀,锈蚀的发展速度与所处环境条件息息相关。按照锈蚀作用的机理,钢筋的锈蚀主要有化学锈蚀和电化学锈蚀两种,其中钢筋在存放和使用中发生锈蚀的主要形式为电化学锈蚀。
1.2 钢筋锈蚀危害
2 处理方案选择
2.1 锈蚀量的评价方法
根据相关规范要求“钢筋应平直、无损伤,表面不得有裂纹、油污、颗粒状或片状老锈[1]”,另鉴于上述钢筋锈蚀的危害甚大,从质量、安全、经济的角度综合权衡,对于长期外露钢筋实施保护前,应对其钢筋的锈蚀程度进行分类辨别,必要时应请具有相关检测资质的检测机构对钢筋进行相关检测,再根据实际情况选择相应的钢筋除锈和保护方案。
钢筋锈蚀程度的分类情况如下:
2.2 处理方案
2.1.1 钢筋除锈方案
对外露钢筋实施保护施工前,应先对钢筋表面进行处理,剔除粘附在钢筋上的杂物外,还要将其表面的浮锈清理干净。
2.1.2 钢筋保护方案
为防止钢筋锈蚀,目前存在的施工方法多种,且随着建筑施工工艺的不断创新与完善,方法将会越来越多。以下为几种常见的钢筋保护方法:
3 工程实例
某工程为商业办公楼,地下2层,地上20层。现工程正进行地下室结构施工,局部已施工至地下室顶板,由于建设单位工程手续问题,暂停施工,具体再次开工时间不明确,致使施工现场存在钢筋(后浇带部位、桩头钢筋)。经现场查看外露钢筋情况,发现钢筋表面已发生锈蚀,部分氧化皮已剥落,且表面有少量点蚀,但锈蚀仅发生在表皮,锈蚀程度并不严重,锈蚀等级介于B级与C级之间。项目部与监理、业主、设计单位协商后对外露钢筋采取人工除锈和除锈剂除锈相结合的方式,除锈完成后采用水泥基基层涂法对钢筋进行保护。
3.1 人工除锈与除锈剂除锈
本工程钢筋除锈采取的方案:先用喷雾器喷涂清洗液除锈,除完以后对遗漏的死角处采取钢丝刷或磨砂纸进行清除。
施工方法:(除锈剂使用JF-II“四合一”磷化剂)
(1)清理钢筋底部露出钢筋根部,后浇带内木方、砼碎块(地下室底板后胶带内积水抽干)及梁内木屑等垃圾清理完成后,使用现场塔吊把所用除锈材料运至外露钢筋处。
(2)把清洗液倒入喷雾器中开始喷涂(不宜在雨湿天气,喷涂人员必须带好防护眼镜、橡胶手套和口罩,穿好工作服)。
(3)喷涂过程中需认真,钢筋每根转圈喷涂不能留下遗漏和死角。现场管理及施工人员必须戴好安全帽及做好安全措施。
(4)喷涂完成,需露出钢筋本色,根据现场试验需至少2遍除锈。喷涂除锈完成后需用钢丝刷对遗漏和死角进行人工除锈。
(5)除锈完成后使用高压水枪冲洗后,采用水泥基基层涂法对钢筋进行保护。
3.2 水泥基基层法对钢筋防护
3.2.1 施工准备
①针对本工程钢筋除锈完成后方可采用水泥基基层法防护钢筋;
②施工前必须保证施工部位清理完成,确保外漏钢筋表面的锈蚀部分和杂质清理干净,原钢筋锈蚀区域的砼表面杂质、灰尘等且保持干燥。
3.2.2 施工流程
1)用901胶加纤维素和42.5R水泥搅拌成水泥胶浆,胶灰比为1:2。
2)外露的后浇带钢筋、桩头钢筋、满刷搅拌好的水泥胶浆,涂刷至少2次,使外露钢筋与空气完全隔离,厚度宜控制在1.5mm以上。
3)待水泥胶浆表面干燥后,在特殊部位后浇带上用木模板等硬质材料进行覆盖,防止掉落物体将钢筋上覆盖的水泥胶浆砸掉。
4 结语
长期外露钢筋防护处理对工程具有重要意义,尤其是停建或缓建工程,采取合理的防护措施能避免钢筋因锈蚀而导致材料报废,为后续工序进行提供保障,保证工程质量及结构安全,节约成本,如若处置不当可能造成质量隐患及损失,对此应引起高度重视。目前对钢筋的除锈及防护方式多样,新的工艺方法层出不穷,应根据具体工程的特点结合实际情况进行合理选择。
引言
沿线相关国家的基础设施建设必将迎来一个快速发展的时期,越来越多的中国施工企业也必将参与到“一带一路”的建设中去。根据笔者的经历,国外的业主和工程师对工程的安全和质量越来越重视,对施工中安全和质量要求越来越高。为了适应“一带一路”海外工程建设的要求,进一步拓展公司的业务,彰显企业形象,把企业做大做强,施工企业必须加大技术创新,确保工程安全质量,从施工技术角度,总结经验,提高施工安全质量管理水平。本文分析了建设工程中超厚(2.5m以上厚度)基础底板顶层钢筋施工中易发生的安全和质量问题,提出了相应的预防措施。
1安全质量问题
房建工程、水利工程的基础多采用超厚底板,结构多采用双层双向配筋。基础底板深度大,不仅增加了钢筋绑扎的施工难度,而且在顶层钢筋施工过程中容易产生人员跌落、顶层钢筋失稳、顶层钢筋局部下沉以及顶层钢筋高程误差大等安全质量问题。
1.1人员跌落
1)顶层钢筋绑扎过程中,尤其是顶层钢筋网片没有绑扎成型,钢筋之间容易产生滑动,从而导致人员在绑扎钢筋过程中非常容易从顶层钢筋上跌落,造成安全事故。2)钢筋绑扎不牢,人员随意在钢筋上踩踏,导致扎丝断裂。3)采用架立筋时,焊缝焊接质量差,无法承受上部荷载,焊缝发生断裂,导致钢筋坍塌,人员跌落。4)顶层钢筋的失稳也是人员跌落的主要原因。
1.2顶层钢筋失稳
顶层钢筋失稳倒塌发生在顶层钢筋绑扎以及浇筑过程中。1)技术交底不到位,施工现场监管不严,实际选作马凳筋的钢筋直径太细,强度较低。在顶层钢筋荷载、人员荷载、冲击力等荷载作用下,马凳筋容易发生失稳性破坏。2)施工单位或分包单位为了节省成本,加快施工进度,加大了马凳筋间距,导致每个马凳筋分担的荷载较大,使之容易达到极限荷载。3)上层钢筋上堆放大量建筑材料,如钢筋、模板等,造成上部荷载过大,马凳筋直立部分达到了极限荷载,导致马凳筋失稳破坏。事实上,绝大部分顶层钢筋失稳事故都与大量堆放建筑材料有关。4)钢筋绑扎时,施工人员集中于某处区域,未成型的顶层钢筋网片受到不均匀的荷载,将局部马凳筋拉倒,导致钢筋倾覆,出现安全事故。5)浇筑过程中,混凝土下落、倾倒等对顶层钢筋网片产生冲击荷载,容易导致顶层钢筋网片失稳坍塌,造成安全事故。
1.3顶层钢筋局部下沉
1)顶层钢筋及墙体插筋绑扎时,由于人员集中位于某个部位,且该部位远离马凳筋,从而导致该部位荷载较大,引起钢筋网片局部下沉。2)马凳筋间距大,导致顶层钢筋网片的跨度增大。在相同荷载条件下,顶层钢筋网片产生的下沉(挠度值)就越大。3)垫块分布不均匀或间距太大[1]。4)马凳筋周围没有垫块,在上层钢筋作用下导致马凳筋位置的底层钢筋下沉。5)底层钢筋垫块被压碎也会导致顶层钢筋局部下沉[1]。
中图分类号:TU37 文章标识码:A文章编号:
一、钢筋质量的要求
1、钢筋混凝土结构所用的钢筋必须符合国家有关标准的规定和设计要求。
2、 所有钢筋为信誉良好的合格制造厂家产品,钢筋应有出厂质量证明书或试验报告,钢筋表面或每捆(盘)钢筋应有明确标志。进场时应按直径分批检验,进场检验内容应包括检查标志、外观检查,并按现行国家的标准的规定60t为一批抽样作力学性能试验,合格后方可使用。
3、钢筋加工的形状、尺寸必须符合设计要求及现行施工中规范要求;钢筋和弯钩应按施工图纸中的规定执行,同时也应满足有关标准与抗震设计要求。
4、钢筋连接:钢筋的级别、直径、根数和间距均应符合设计和施工要求,绑扎的钢筋骨架、钢筋网不得出现变形、松脱。结构洞口的预留位置及洞口加强处理必须按设计要求做好。柱、墙插筋按测量放线定位位置设置,并做好根部定位固定,抗震节点的钢筋按规定正确设置和绑扎。
5、施工配合:钢筋的绑扎要与木工紧密配合,一方面钢筋绑扎时要为木工支模提供空间作业面,并提供标准成型的钢筋骨架,以使木工支设模板时,能确保几何尺寸及位置达到设计要求;另一方面,模板的支设也应考虑钢筋绑扎的方便,梁、板钢筋绑扎时应留出一面侧模不得支设,以供钢筋工绑扎梁底钢筋和墙板钢筋。待绑扎以及垫块设置均已完成后,梁侧模方可封模。另外必须重视安装预留洞预埋件的适时穿插,及时按设计要求绑扎附加钢筋,确保预埋准确,固定可靠,更应作好看护工作,以免被后续工序破坏;混凝土施工时,要将钢筋工看护钢筋,保证钢筋位置正确,保证楼板钢筋保护层厚度符合规范要求,墙板、柱子插筋位置正确。
6、质量保证措施及注意事项:在整个钢筋工程的施工过程中,从材料进场、存放、断料、丝扣制作至现场绑扎施工,将实行责任落实到个人,层层严把质量关的质量保证措施。
7、钢筋加工、连接及绑扎施工中应注意:钢筋加工的形状、尺寸必须符合设计要求,钢筋的表面确保洁净,无损伤、无麻孔斑点、无油污、不得使用带有颗料状或片状老锈的钢筋;钢筋的弯钩应按施工图的规定执行,同时满足有关标准与规范的规定;钢筋加工的允许偏差对受力钢筋顺长度方向为+10mm,对箍筋边长应不大于+5mm;钢筋加工后应按规格、品种分开堆放,并在明显处挂牌标色,以防错拿;
受力钢筋的焊接接头在同构件上应按规范和设计要求相互错开;
8、冬期钢筋焊接要按规范要求和钢筋材质特点采取科学有效的保护措施,以保证焊接质量达到设计和规范要求;对柱梁节点、墙梁、柱墙节点等部位的钢筋绑扎,施工前应详细明确绑扎顺序,钢筋工长和质量员应层层把关,以防出现钢筋规格错项和钢筋根数错漏;按规范和设计要求设置垫块;混凝土浇捣过程中,设专职钢筋工看护,对偏移钢筋及时修正。
9、钢筋工程质量标准:钢筋施工必须符合《混凝土结构工程施工质量验收规范》,《建筑工程施工质量统一验收标准》。
二、混凝土冬季施工的一般原理
1、混凝土拌和物浇灌后之所以能逐渐凝结和硬化,直至获得最终强度,是由于水泥水化作用的结果。而水泥水化作用的速度除与混凝土本身组成材料和配合比有关外,主要是随着温度的高低而变化的。当温度升高时,水化作用加快,强度增长也较快;而当温度降低到0 ℃时,存在于混凝土中的水有一部分开始结冰,逐渐由液相变为固相。这时参与水泥水化作用的水减少了,因此,水化作用减慢,强度增长相应较慢。温度继续下降,当存在于混凝土中的水完全变成冰,也就是完全由液相变为固相时,水泥水化作用基本停止,此时强度就不再增长。水变成冰后,体积约增大9%,当混凝土毛细孔含水率超过91.70%界值时,结冰就会产生约2 500kg/cm2的冰胀应力。这个应力值常常大于水泥内部形成的初期强度值,使混凝土受到不同程度的破坏(即早期受冻破坏)而降低强度。此外,当水变成冰后,还会在骨料和钢筋表面上产生颗粒较大的冰凌,减弱水泥浆与骨料和钢筋的黏结力,从而影响混凝土的抗压强度。当冰凌融化后,又会在混凝土内部形成各种各样的空隙,降低混凝土的密实性及耐久性。
2混凝土冬季施工方法的选择
从上述分析可以知道,在冬季混凝土施工中,主要解决3个问题:一是如何确定混凝土最短的养护龄期;二是如何防止混凝土早期冻害;三是如何保证混凝土后期强度和耐久性满足要求。对于同一个工程,可以有若干个不同的冬季施工方案。一个理想的方案,应当用最短的工期、最低的施工费用,来获得最优良的工程质量,也就是工期、费用、质量最佳化。目前,基本上采用以下4种方法。
2.1调整配合比方法
主要适用于在0℃左右的混凝土施工。
具体做法:①选择适当品种的水泥是提高混凝土抗冻的重要手段。试验结果表明,应使用早强硅酸盐水泥。②尽量降低水灰比,稍增水泥用量,从而增加水化热量,缩短达到临界强度的时间。③掺用引气剂。④掺加早强外加剂,缩短混凝土的凝结时间,提高早期强度。⑤选择颗粒硬度高和缝隙少的集料,使其热膨胀系数和周围砂浆膨胀系数相近。
2.2蓄热法
主要用于气温-10 ℃左右,结构比较厚大的工程。做法是:对原材料(水、砂、石)进行加热,使混凝土在搅拌、运输和浇灌以后,还储备有相当的热量,以使水泥水化放热较快,并加强对混凝土的保温,以保证在温度降到0 ℃以前使新浇混凝土具有足够的抗冻能力。此法工艺简单,施工费用不多,但要注意内部保温,避免角部与外露表面受冻,且要延长养护龄期。
2.3外部加热法
主要用于气温-10 ℃以上,而构件并不厚大的工程。通过加热混凝土构件周围的空气,将热量传给混凝土,或直接对混凝土加热,使混凝土处于正温条件下能正常硬化。
3.4 掺抗冻外加剂
在-10~-15 ℃之间的气温中,对混凝土拌和物掺加一种能降低水的冰点的外加剂,使混凝土在负温下仍处于液相状态,水化作用能继续进行,从而使混凝土强度继续增长。目前常用的有氧化钙、氯化钠等单抗冻剂及亚硝酸钠加氯化钠复合抗冻剂。
4结语
严寒地区的钢筋混凝土结构施工综合合理利用地区资源优势,综合应用钢筋混凝土工程冬季施工的各种方法,严格的对钢筋的质量、形状、连接等;对混凝土的搅拌配比和保温等措施,有效推进工程施工进度。
参考文献
我国在改革开放之后就非常重视建设港口和航道,尤其是进入二十一世纪,国家加大了资金投入和技术投入,我国海港工程取得了很大的成就。但是在建成后,经过海水的侵蚀等影响,工程各建筑钢筋混凝土腐蚀现象严重,造成严重的浪费,而且水上建筑物维修的时候存在危险,尤其是在海啸、海风等天气,所以国家和相关部门要重点研究。
一、海港工程钢筋混凝土腐蚀的表现
第一,钢筋混凝土出现断裂问题,部分脆弱位置被腐蚀,时间累积后导致断裂,还有就是全部在海水下的钢筋混凝土整体被腐蚀;第二,钢筋混凝土沿着结构的方向受到腐蚀,这样就会先裂开,然后倒塌,这主要就是表面的防腐蚀图层厚度不达标,或者图层本身防腐蚀的能力弱,而且还受到热胀冷缩的影响;第三,钢筋混凝土沿着结构的方向裂开后,缝隙会越来越宽,逐渐整体就会有坍塌、断裂的危险;第四,上面三点共同作用,海港工程整体的抗压能力就会减弱,即使表面看不出问题,但是一旦受到挤压、海风等,就会出现严重的后果[1]。
二、我国海港工程出现钢筋混凝土腐蚀的原因分析
钢筋混凝土是由钢筋和混凝同构成的,所以出现腐蚀的原因主要有两个,即钢筋被腐蚀和混凝土被腐蚀。一方面,混凝土受到腐蚀。上文已经提到,海港工程的钢筋混凝土主要就是由钢筋和混凝土构成的,混凝土包裹着钢筋,主要就是保护钢筋不受伤害,但是现有技术水平有限,混凝土自身的缺陷无法抗击海水等非地面常见因素的腐蚀,混凝土是由沙石和水泥等混合而成的原料,从它的构成就可以了解,它存在一定的缝隙,这些缝隙以孔的形式存在,那么在受到海水侵蚀的时候,如海水中的氯元素从这些缝隙进入,使缝隙越来越大,导致混凝土受到腐蚀,相应的也就失去保护钢筋的作用;另一方面,在混凝土被侵蚀后,钢筋也会受到侵蚀,但是钢筋受腐蚀与外面混凝土的薄厚有很大的关系,外表的混凝土比较薄,那么受到海水侵蚀的时间快,主要就是受到海水各类化学元素的影响,那么里面钢筋就会受到海水的影响,而如果表面的混凝土较厚,那么这个过程就是综合各类因素影响,里面钢筋容易受到天气情况、人为污染液体排放和海水自身的三重冲击,混凝土会全部损坏,钢筋也逐渐被腐蚀,出现断裂的现象[2]。
三、关于钢筋混凝土腐蚀防护技术措施的合理思考
明确钢筋混凝土受腐蚀的原因后,采取相应的手段加以防护是工作的重要内容,在现有技术水平的基础上,国家加大投入,提高防腐蚀防护技术,而且也要提高设备的先进性,保证人员操作规范。关于钢筋混凝土防腐蚀技术的思考主要有以下三个方面:
(一)提高制作混凝土的技术。提高海港工程钢筋混凝土的防腐蚀功能,首先要注意的就是提高制作混凝土的技术。现有制作混凝土的技术只适用于路面建筑,缺少海面上腐蚀方面的研究,所以要减小混凝土的缝隙,现有的先进技术就是加入煤炭的粉末,这样可以起到填充缝隙的功能,那么在投入使用后,海水中有害元素就不能从这些缝隙进入建筑内部,大大延长它受腐蚀的时间。此外,加入煤炭的粉末还能使混凝土更有“弹性”,这样可以保护钢筋结构,而且也可以加入一些不可溶性的胶状物,达到零缝隙的效果。
(二)在钢筋混凝土中加入自动防锈物质并提高除锈设备的先进性。一方面,根据多年的事实证明,钢筋混凝土受到腐蚀是导致海港工程出现事故、影响经济效益的重要原因,所以结合国内外先进技术,在提高混凝土的性能的基础上,还要通过添加一些物质来防腐蚀,现有的主要就是硝酸钙粉末、亚硝酸钙粉末等,将它们添加到混凝土和钢筋的制作过程中,可以自动防护腐蚀,但是要先进行测试;另一方面,提高除锈设备的先进性,现阶段的除锈设备笨重,操作起来非常困难,所以要将除锈设备的体积减小,并且制作人工智能机器人进行操作,不仅提高工作效率,也减少人员伤亡[3]。
(三)在钢筋混凝土表面涂上防腐蚀的物质。除了上面两点内容外,还要注意在钢筋混凝土表面的防腐蚀操作,主要就是在表面涂上具有防腐蚀功能的物质。这个原理与地面建筑表面涂料相似,就是通过这种物质,阻止外力对涂料下面钢筋混凝土的腐蚀,也减少自然天气等的影响,如酸雨、日照、潮湿天气等。这种物质包括上文中提到的非可溶性胶,同样具有高吸附力和防渗透的功能,在钢筋混凝土表面涂上这种物质,可以填充缝隙,但是当前我国的这种物质吸附能力比较弱,在一定时间内就会脱落,所以要通过研究提高它们的吸附能力。这个过程要注意考虑环保的问题,也就是所有的原料应该符合绿色建筑的要求,生产的能耗要低,产生的废弃物要尽可能少,而且尽量使用可持续使用资源,这样可以在实现防腐蚀功能的同时,保证环境效益,而且也减少维修等产生的费用。
四、结论
总之,海港工程对我国经济增长有重要的贡献,尤其是发展贸易,所以国家和相关部门一定要重视起来,提高工程原料的防腐蚀能力。除了文中提到的内容外,国家还要提高信息化水平,加大对相关专业的投入,提高他们的教学水平,为我国海港工程做好人才储备。
参考文献:
(①Shandong Vocational College of Industry,Zibo 256414,China;
②Shandong Qiyun Ferrous Metallurgy Engineering Design Institute Co.,Ltd.,Zibo 255000,China)
摘要: 预应力损失导致混凝土的预压应力降低,对构件的受力性能将产生影响,因此正确认识预应力损失非常重要。本文从组成混凝土的材料,张拉技术和施工方法及使用过程上的发展状况来进行阐述,提出了提高预应力混凝土使用效率的原因和建议。
Abstract: Prestress loss can reduce the prestress of concrete, and will impact the force performance of the components, so it is very important to correctly understand the loss of prestress. In this paper, the materials of concrete, tension technology, construction methods and the development in the using process are explained, and the reasons and recommendations to improve the efficiency of prestressed concrete are put forward.
关键词: 预应力 混凝土 损失 措施
Key words: prestressed;concrete;loss;measures
中图分类号:TU5文献标识码:A文章编号:1006-4311(2011)20-0096-02
0引言
80年代中期以前,我国的预应力钢材的性能比国际上落后很多,近30年差距逐渐缩小。近年来用于钢绞线锚固的群锚体系,被广泛采用。随着质量地不断提高,其锚固性能也越来越好。使用时可根据需要由多根钢绞线组成一束,整束张拉,国内目前已发展到1200。预应力钢筋的发展趋势是高强度、低松弛、粗直径、耐腐蚀。预应力混凝土构件对钢筋的要求是:强度高;较好的塑性、可焊性;良好的粘结性;低松弛。
1混凝土
从我国已建成的预应力混凝土使用来看,大多都采用C40-50混凝土,进而采用减水剂等添加剂制备塑性混凝土,并发展了泵送混凝土工艺。随着使用预应力混凝土建筑的增加,为减小预应力损失混凝土逐渐向高强方向发展。《规范》规定:预应力砼结构强度等级不宜低于C30,当采用钢绞线、钢丝、热处理钢筋时预应力砼结构强度等级不宜低于C40。预应力钢筋混凝土构件对混凝土的要求是:混凝土有高强度;收缩小、徐变小;快硬、早强。
2预应力钢筋
目前使用的预应力钢材主要有高强钢丝,钢绞线及高强度热处理钢筋三大类。大吨位预应力钢束的采用大大简化了后张拉工艺。无粘结预应力筋无需预留孔道,后期穿束,压浆等工序并可节省材料,加快施工进度。因此具有施工简便,施工效率高等优点。但其强度和刚度与相应的有粘结预应力筋相比稍低。从耐久性能看,应对其防锈及认真处理锚具封端。有粘结预应力筋由于压浆工艺问题也存在耐久性问题,预应力管道压浆往往存在压浆不满或不密实等问题,由此可能导致的预应力筋锈蚀问题不容忽视。在我国无粘结预应力筋在大跨径桥梁上的应用正日益增加。无粘结筋因其自身的优点将会越来越受到重视,但关于其强度和耐久性问题仍然需要进一步加强研究,不断完善。体外索在预应力混凝土结构中的使用是近来建筑工业发展的方向之一。用体外预应力的方式修建混凝土桥梁在国际上已有近90年的历史。但早期因防腐工艺不完善,造价高等原因,取得的效果并不理想。但自80年代以来,由于技术的进步,体外预应力技术几经改进后,日趋完善,其应用也越来越多。从预加应力方式来看,它把绝大部分的预应力钢束布置在混凝土截面外,通过锚固端和变向装置来传递预加应力。该方法不但可以应用于新建结构,还可以用来加固原有结构。抗腐蚀(纤维增强塑料)索,高性能钢索以及体外索防护系统的发展,为体外预应力技术的再次兴起提供了有利的条件。无粘结预应力钢筋则采用高强钢丝和钢绞线。
3施工工艺
对混凝土施加预压应力,是通过对钢筋预加拉力,两端锚固后放张,钢筋的回缩而使混凝土得到预压应力。对钢筋施加预拉应力,有先张法和后张法两种。先张法较简单,适用于直线布置的预应力筋,一般是张拉起钢筋后浇筑混凝,待混凝土达到规定强度后放张,从而形成混凝土的预压应力;后张法则是在浇筑混凝土时预留孔道,待混凝土达到规定强度后穿入预应力筋并张拉,锚固后放张,然后对孔道压浆及封锚,使混凝土形成的预压应力。减小预应力混凝土构件预应力损失的发展与施工技术的发展是密不可分的,施工技术水平直接影响预应力损失的多少,线型,截面形式等。一般是利用膨胀水泥配制混凝土,使它在硬化过程中不但不发生凝缩,反而发生膨胀。在混凝土膨胀的时候,配置在体中的预应力筋就被张拉,而混凝土本身则由于膨胀受到钢筋的限制而同时获得预压应力。人们把这种依靠混凝土自身膨胀来张拉钢筋而产生的预应力。把这种依靠混凝土自身膨胀来张拉钢筋而产生的预应力叫做自应力,把采用这种方法的预应力混凝土叫做自应力混凝土。我国目前已采用自应力混凝土大规模生产承插口管道,起最大直径已达1200mm。
4预应力混凝土预应力损失问题
4.1 引起预应力损失的原因
4.1.1 锚具变形和钢筋内缩引起的预应力损失σl1σl1=(a/l)Es
当为直线型预应力钢筋时式中:a―张拉端锚具变形和钢筋回缩值;l――张拉端至锚固端之间的距离。
4.1.2 预应力钢筋与孔道壁之间摩擦引起的预应力损失σl2
σ■=σ■1-■式中k――考虑孔道局部偏差对摩擦影响的系数,x――张拉端至计算截面的孔道长度,可近似取该孔道在纵轴上的投影长度,μ――预应力钢筋与孔道壁的摩擦系数,θ――从张拉端至计算截面曲线型孔道部分切线的夹角。
4.1.3 混凝土加热养护时,受张拉的钢筋与承受拉力的设备之间温差引起的损失σl3为了缩短先张法构件的生产周期,混凝土常采用蒸汽养护办法。升温时,新浇的混凝土尚未结硬,预应力筋与台座之间的温差t使钢筋受热自由伸长,但两端的台座是固定不动的,即距离保持不变,于是钢筋就松了,钢筋的应力降低;降温时,预应力钢筋与混凝土已黏结成整体,加上两者的温度线膨胀系数相近,二者能够同步回缩,放松钢筋时因温度上升钢筋伸长的部分已不能回缩,因而产生了温差损失。仅先张法构件有该项损失。σl3=2t(N/mm2)。
4.1.4 钢筋应力松弛引起的预应力损失σl4钢筋的应力松弛是指钢筋在高应力作用下及钢筋长度不变条件下,其应力随时间增长而降低的现象。钢筋应力松弛有:应力松弛与时间有关,开始快,以后慢;应力松弛与钢材品种有关。冷拉钢筋、热处理钢筋的应力松弛损失比碳素钢丝、冷拔低碳钢丝、钢绞线要小;张拉控制应力σcon高,应力松弛大等特点。
4.1.5 混凝土的收缩徐变引起的预应力损失σl5混凝土结硬时产生体积收缩,在预压力作用作用下,混凝土会发生徐变,这都会使构件缩短,构件中的预应力钢筋跟着回缩,造成预应力损失。先张法:σ■=■,σ■■=■后张法:ρ=■ ρ′=■式中σpc,σpc′――分别为完成第一批预应力损失后受拉区、受压区预应力钢筋合力点处混凝土法向压应力;fcu′――施加预应力时混凝土的实际立方体抗压强度。一般fcu′不等于构件混凝土的立方体强度fcu,但要求fcu≥0.75fcu′;ρ,ρ′――受拉区、受压区预应力钢筋和非预应力钢筋的配筋率。后张法构件收缩徐变损失比先张法构件小,原因是后张法构件在施加预应力时,混凝土的收缩已完成一部分。公式适用于一般相对湿度环境,高湿度环境下,σl5、σ■■应降低,反之则增加。
4.1.6 螺旋式预应力钢筋作配筋的环形构件由于混凝土的局部挤压引起的预应力损失σl6后张法中,当D≤3m,σl6=30MPa,当D>3m,不考虑该项损失。此处D为环形构件的直径。
4.2 预防预应力损失的措施
4.2.1 减少锚具变形和钢筋内缩引起的预应力损失σl1的措施。①选择变形小或预应力钢筋内缩小的锚具,尽量减少垫板数;②对先张法构件,选择长台座。
4.2.2 减少预应力钢筋与孔道壁之间摩擦引起的预应力损失σl2措施。①对较长的构件可在两端进行张拉;对于抽芯成形的孔道,曲线预应力筋和长度大于24米的直线预应力筋,应在两端张拉;长度等于或小于24米的直线预应力筋,可在一端张拉;长度等于或小于30米的直线预应力筋,可在一端张拉;在同一截面中有多根一端张拉预应力筋时,张拉端宜分别设在结构的两端。当两端同时张拉一根预应力筋时,为了减少预应力损失,宜先在一端锚固,再在另一端补足张拉力后进行锚固。②采用超张拉,张拉程序可采用:01.1σcon■■0.85σ■■σcon。
当第一次张拉至1.1σcon时,预应力钢筋应力沿EHD分布,当张拉应力降至0.85σcon,由于钢筋回缩受到孔道反向摩擦力的影响,预应力沿FGHD分布,当再张拉至σcon时,钢筋应力沿CFGHD分布,可见,超张拉钢筋中的应力比一次张拉至σcon的应力分布均匀,预应力损失要小一些。
4.2.3 减少混凝土加热养护时,受张拉的钢筋与承受拉力的设备之间温差引起的损失σl3的措施。①采用二次升温养护。先在常温下养护至混凝土强度等级达到C7.5~C10,再逐渐升温至规定的养护温度,这时可认为钢筋与混凝土已结成整体,能够一起胀缩而不引起预应力损失;②程在钢模上张拉预应力钢筋。由于钢模和构件一起加热养护,升温时两者温度相同,可不考虑此项损失。
4.2.4 减少钢筋应力松弛引起的预应力损失σl4的措施。①采用超张拉工艺,张拉程序如前面所述;②采用低松弛的高强钢材。
4.2.5 减少混凝土的收缩徐变引起的预应力损失σl5的措施。①采用高标号水泥,减少水泥用量,降低水灰比;②采用级配良好的骨料,加强振捣,提高混凝土的密实性;③加强养护,以减少混凝土的收缩;④控制混凝土应力σpc,要求σpc?燮0.5f′cu以防止发生非线性徐变。
4.2.6 减少用螺旋式预应力钢筋作配筋的环形构件由于混凝土的局部挤压引起的预应力损失σl6的措施。采用直径D较大的环形构件。《规范》把预应力损失分为两批,混凝土受预压前产生的损失为第一批损失σlⅠ,而混凝土受预压后产生的预应力损失为第二批预应力损失σlⅡ。
先张法:σlⅠ=σl1+σl2+σl3+σl4σlⅡ=σl5
从20世纪80年代后期至今,经过十几年的建设,上海的道路交通设施发生了巨大的变化,建成了内环高架道路、延安路高架道路、南北高架道路、南浦大桥、杨浦大桥、徐浦大桥和高架明珠轨道线等。在这些工程中,钢筋混凝土构筑物的量不断增加,就目前所修的桥梁结构而言,绝大部分为钢筋混凝土或预应力钢筋混凝土结构。根据目前对上海地区范围内立交桥和高架道路的初步观察发现,混凝土构筑物在耐久性方面存在着不同程度的问题,严重影响混凝土结构正常的使用寿命,主要表现特征为某些部位的混凝土开裂,钢筋锈蚀,混凝土钢筋保护层太薄,混凝土抗水、有害离子渗透性及抗碳化性能差等等。如不予以重视,不尽早根据其使用状况和应用环境采取必要的保护措施,不久的将来会对国家和人民的财产和安全带来严重的后果。混凝土腐蚀劣化过程一般经过两个阶段。初始阶段和扩展阶段,在初始阶段没有显著的材料弱化或结构功能退化现象出现,但某些保护层被侵蚀介质破坏。而在扩展阶段,将出现主动性的损伤并加速发展,如钢筋腐蚀。到目前为止,如何减缓和防止混凝土桥梁腐蚀,以提高混凝土桥梁耐久性能,延长其使用寿命还没有一套有效的方法。因此,本文就保护材料及工艺,保护技术方面加以研究,并提出一套有效的混凝土防腐蚀保护技术。
1、试 验
1.1 原材料水
泥采用PO32.5普通硅酸盐水泥,砂采用细度模数为2.6的中砂,粗集料采用5~38mm的石灰石。混凝土配合比见表1.
聚合物涂层采用纯丙乳液(AC)、苯丙乳液(PA)、叔碳酸盐乳液(TC)和有机硅(OS)等四种聚合物。
1.2 试验方法
混凝土碳化试验按照《普通混凝土长期性能和耐久性能实验方法》(GBJ82-85)中快速碳化试验进行。采用100mm×100mm×300mm长方体试件,标准养护26d,在60℃烘48h取出测试。
混凝土气体渗透试验按照RILEMTC116-PCD[1]步骤进行。每组2块,试块采用直径150mm,高度为50mm的圆柱体。养护时尽量减少试块与外界环境的水分交换。养护在20℃的室内进行,立即将试块密封保存。采用氮气作为渗透气体。渗透压力分别为1.5×105、2.0×105、3.0×105Pa(绝对压力)。计算各压力下的Ki,取平均值即得各配比混凝土的渗透系数K.混凝土氯离子渗透性能采用ASTMC1202[2]建议的电量法测定。试件为直径100mm,高度50mm的圆柱状混凝土。
2、试验结果与分析
2.1 钢筋混凝土桥梁耐久性劣化现状和力学性能现状
我们调查了上海公路系统的团港桥、内港河桥、医院桥、五灶港桥和六灶港桥等钢筋混凝土桥梁。这些桥梁均有不同程度腐蚀破坏。从现场进行钻孔取样,并根据要求制样,以测定其氯离子渗透性、碳化深度和强度。
2.1.1 钢筋混凝土氯离子渗透性的检测
2.1.2 钢筋混凝土碳化深度的检测
2.1.3 钢筋混凝土抗压强度测试
2.2 钢筋混凝土桥梁防腐技术措施研究以
上对取芯试样的测试结果表明:受调查的上海地区这几座桥梁的混凝土均受到了相当严重的腐蚀。可以推测其他桥梁也应该受到一定程度的影响,所以如何防止钢筋混凝土桥梁的腐蚀应该成为一个迫在眉睫的重大课题。本文就此提出钢筋混凝土防腐技术措施,并对其作出评价。试验分别对不涂涂层的基准混凝土(NO)和涂有不同聚合物涂层:纯丙乳液(AC)、苯丙乳液(PA)、叔碳酸盐乳液(TC)和有机硅(OS)的混凝土的氯离子渗透性、抗碳化性能和气体渗透性进行了研究。并且对不同厚度的苯丙乳液(PA)涂层对耐久性的影响进行了研究。
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2.2.1 不同涂层对混凝土氯离子渗透性的影响
氯离子渗透性对于钢筋混凝土桥梁结构的耐久性是一个重要考察指标。氯离子即使在高碱度下,对破坏钢筋的钝化膜都有特殊的能力。钢筋的锈蚀最终会导致混凝土强度大大降低,这对于钢筋混凝土结构来说是一个潜在的巨大威胁。试验表明,基准混凝土通过的电量为1233C.而涂有各种涂层的混凝土的氯离子渗透性得到显著改善。
2.2.2 不同涂层对混凝土气体渗透性的影响
与基准混凝土相比,纯丙乳液涂层可以使混凝土气体渗透系数降低1个数量级,叔碳酸盐涂层可以使渗透系数降低2个数量级以上,而涂有苯丙乳液的混凝土根本就不透气。有机硅对混凝土的气体渗透性影响很小。
2.2.3 不同涂层对混凝土碳化深度的影响
混凝土碳化是指空气中的二氧化碳气体不断透过混凝土毛细孔扩散到混凝土内部,气相扩散到混凝土内部充水的
毛细孔中与其中的孔隙液所溶解的氢氧化钙进行中和反应,生成碳酸盐或其他物质的现象。从总体上可以把混凝土碳化过程分成两个步骤:第一个步骤是二氧化碳气体扩散到混凝
土孔隙中;第二个步骤是二氧化碳与混凝土中物质发生反应。很明显,前者是发生碳化腐蚀的前提条件。利用涂层包裹混凝土的表面,从而形成致密的保护层可以防止二氧化碳气体的扩散。从表6的数据可见,除了有机硅涂层外,其他涂层对防止混凝土的碳化都有很好的效果,基准混凝土28d碳化深度为24.7mm,而涂有苯丙乳液的混凝土28d碳化深度最小仅为0.7mm,纯丙乳液次之为2.7mm,叔碳酸盐再次之为5.9mm.从碳化的发展速度来看,基准混凝土和涂有纯丙乳液、叔碳酸盐涂层的混凝土早期碳化发展较快,后期较慢。这是因为碳化产生了不溶于水的碳酸钙填充了混凝土的部分空隙[3],使得二氧化碳气体扩散变得更难,所以减缓了碳化速度。
2.2.4 不同厚度的涂层对混凝土耐久性的影响
分别调整苯丙乳液涂层的厚度为0.7mm、1.0mm和1.3mm,进行混凝土氯离子渗透、气渗、碳化深度测试。试验结果见图2.由试验结果可以发现,混凝土28d的碳化深度随涂层厚度的增加而明显减小。其中1.0mm涂层的混凝土碳化深度为0.8mm,而0.7mm涂层的混凝土碳化深度增加到3.2mm.而涂层厚度对混凝土气渗和氯离子渗透几乎没有影响,综合考虑经济与效果两方面因素,建议选择涂层厚度为1.0mm.
3、结 论
1)桥梁混凝土现场取样试验结果表明,原设计强度为C30的混凝土强度和耐久性都有惊人的下降,如不立即采取桥梁防腐措施,后果不堪设想。